Hidrojen için enstrümantasyon ve gaz analizi

Hidrojen, yenilenebilir enerji üretiminde önemli bir rol oynamaktadır. Gaz ölçüm ve analiz cihazları(hidrojen gazı analizörü, hidrojen basınç sensörü, hidrojen akış ölç er, sıcaklık transmiterleri) üretim sürecini iyileştirmeye, maliyetleri düşürmeye ve hidrojen üretim süreçlerinin, hidrojen depolama ve taşımacılığının, istasyonların ve yakıt hücrelerinin ömrünü uzatmaya yardımcı olur.

Genellikle geleceğin enerji taşıyıcısı olarak tanımlanan hidrojen, nasıl üretildiğine ve çevresel etkisine bağlı olarak çeşitli renklere sahiptir. Her tür, üretim süreciyle ilişkili avantaj ve dezavantajlar hakkında bilgi sağlayan bir renkle sınıflandırılır.

Siyah ve kahverengi hidrojen sırasıyla kömür ve linyitin gazlaştırılmasıyla üretilmektedir. Bu yöntemler büyük miktarlarda CO2 ve diğer sera gazları yaymakta ve ekolojik geçiş için büyük bir zorluk teşkil etmektedir.

Yeşil hidrojen, güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrik kullanılarak suyun elektroliziyle üretilir. En sürdürülebilir ve en temiz seçenektir, ancak yenilenebilir enerji ve elektroliz teknolojisinin maliyeti nedeniyle pahalı olmaya devam etmektedir.

Yeşil hidrojene benzeyen pembe hidro jen (bazen kırmızı veya mor olarak da adlandırılır) elektroliz yoluyla, ancak özelliklenükleer enerjiden üretilir. Düşük karbon ayak izine sahip olmasına rağmen, nükleer güvenlik ve radyoaktif atıkların arıtılması konusunda endişelere yol açmaktadır.

Mavi hidrojen, emisyonları en aza indirmek için karbon yakalama ve depolama (CCS) süreci kullanılarak doğal gaz gibi hidrokarbonlardan üretilir. Siyah veya kahverengi hidrojenden daha temizdir, ancak yine de fosil yakıtlara dayanır ve verimli bir CCS altyapısı gerektirir.

Beyaz hidrojen, doğrudan doğal kaynaklardan elde edilen jeotermal hidrojeni ifade eder, ancak kullanılabilirliği jeotermal olarak aktif bölgelerle sınırlıdır.

Turkuaz hidrojen, CO2 yerine katı karbon ürettiği için daha temiz bir yöntem olan metanın pirolizi ile elde edilmektedir. Ancak bu teknoloji henüz gelişimin erken bir aşamasındadır.

Sarı hidrojen bazen yenilenebilir ve fosil kaynakların karışımından elde edilen elektrik kullanılarak elektroliz yoluyla üretilen hidrojeni ifade etmek için kullanılır ve bu da onu karbon ayak izi açısından yeşil ile gri arasında bir yere yerleştirir.

Gri hidrojen, salınan CO2'yi yakalamadan buhar reformu yoluyla doğal gazdan üretilir ve bu da onu önemli bir sera gazı emisyonu kaynağı haline getirir.

17 Şubat 2021'den bu yana, Enerji-İklim Kanunu'nda yer alan bir yönetmelik sayesinde, Fransa'daki hidrojen sektörü Enerji Kanunu'nda onaylanmış yasal tanınmadan faydalanmaktadır. Bu yenilikçi yasal çerçeve, hidrojenin ekolojik özelliklerine dayalı bir sınıflandırma lehine eski renkli kategorileri terk ederek hidrojenin sınıflandırılmasına yönelik yenilenmiş bir yaklaşım önermektedir.

Sonuç olarak, hidrojenin değerlendirilmesi artık çevresel etkisine odaklanmakta, orijinal enerji kaynağının doğasını ve üretiminden kaynaklanan CO2 emisyonlarının hacmini vurgulamaktadır.

Yenilenebilir hidrojen genellikle yeşil hidrojeni ve bazen de nükleer enerjinin yenilenebilir olarak kabul edilmesi koşuluyla pembe hidrojeni içerir.

Düşük karbon lu hidrojen, üretimi geleneksel yöntemlere göre daha az CO2 üreten hidrojen türlerini, özellikle mavi hidrojeni ve bazen de turkuaz hidrojeni kapsar. Gaz ve Hidrojen Piyasası Direktifi, düşük karbonlu hidrojen tanımı için 3,38 _kgCO2eq/kgH2'lik bir eşik değer belirlemektedir.

Karbonatlı hidro jen, siyah veya kahverengi hidrojen gibi büyük karbon ayak izi ile üretilen hidrojen formlarını tanımlamak için kullanılan bir terimdir.

Her hidrojen türü maliyet, erişilebilirlik ve çevresel etki arasında bir uzlaşma sunarak hidrojen ekonomisine geçişin karmaşıklığını ve sürdürülebilir ve ekonomik olarak uygulanabilir üretim için sürekli inovasyon ihtiyacını yansıtmaktadır.

Hidrojen üretim yöntemi

Geleneksel hidrojen üretim yöntemi: buhar reformu (SMR)

Özellikler :

• Hammaddeler: Su, Metan, Doğal gaz, LPG, Nafta
• Enerji : Isı
• Avantajları: küresel H2 üretiminin %90'ını oluşturan en ucuz yöntem
• Karbon ayak izi: 1 ila 6 _kgCO2eq/kgH2

Buhar reformu ile hidrojen üretmek için, hidrokarbon ve buhar bir katalizör varlığında ısıtılır. H2 veya CO ve H2 karışımı elde edilir. Hammadde olarak metan, doğal gaz, LPG ve nafta gibi hafif hidrokarbonlar kullanılır. Bu malzemeler kullanılmadan önce desülfürize edilmelidir.

Buhar reformu metan yöntemi, bir hidrokarbonun buharla reaksiyona girerek hidrojen ve karbondioksit ürettiği bir dizi kimyasal reaksiyonu içerir.

Bu bağlamda, her bir ölçüm cihazı verimli ve güvenli üretimin sağlanmasında özel bir rol oynamaktadır.

Basınç ölçümü, reaktörlerin içindeki basıncı kontrol etmek, kimyasal reaksiyonlar için optimum koşulları ve sürecin genel güvenliğini sağlamak için gereklidir. Sıcaklık ölçümü de çok önemlidir, reaktördeki sıcaklığın izlenmesini ve düzenlenmesini sağlar, çünkü reformasyonun etkili olması için yüksek sıcaklıklar gerekir, bu da ekipmanın performansını ve uzun ömürlülüğünü doğrudan etkiler.

Akış ölçümü, reaktöre buhar ve hidrokarbon tedarikinin düzenlenmesinde vazgeçilmez bir rol oynayarak gerekli kimyasal reaksiyonların sürdürülmesini ve sürekli olarak hidrojen üretilmesini sağlar.Gaz analizi ayrıca üretilen gazların bileşimini incelemek, hidrokarbonların hidrojene etkili bir şekilde dönüştürüldüğünü doğrulamak ve gazın kalitesini tehlikeye atabilecek karbon monoksit gibi safsızlıkları veya yan ürünleri tespit etmek için kullanılır.

Daha az yaygın olmakla birlikte, seviye ölçümü su ve hidrokarbonlar gibi sıvıların işlenmeden önce hacimlerini kontrol etmek için kullanılır ve proses için gerekli hammaddelerin doğru bir şekilde yönetilmesini sağlar.

Geleneksel hidrojen üretim yöntemi: Elektroliz

Özellikler :

• Hammadde: Su
• Enerji: Elektrik
• Karbon ayak izi: 0,3 ila 2,77 _kgCO2eq/kgH2

Elektrolizörler, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik enerjisinden yararlanarak teknolojinin en ileri noktasındadır. Farklı teknolojiler vardır: alkali su elektrolizi (AWE), proton değişim membran elektrolizi (PEM), katı oksit elektrolizi (SOEC) ve anyon değişim membran elektrolizi (AEM).

Suyun elektrolizi yoluyla hidrojen üretme işleminde maksimum verimlilik ve güvenliğin sağlanması, büyük ölçüde hassas ölçüm cihazlarına ve kontrol sistemlerine dayanır.

Basınç sensörleri, elektrolizörün iç basıncını güvenli çalışma sınırları içinde tutmak ve böylece herhangi bir tehlikeli aşırı basınç senaryosunu önlemek için gereklidir. Sürecin verimliliğini ve uzun ömürlülüğünü önemli ölçüde etkileyen bir değişken olan elektrolizörün termal durumunu izlemek için gerçek zamanlı veri sağlayan sıcaklık ölçüm teknolojisinin rolü de aynı derecede önemlidir.

Hidrojen akış ölçerler, hidrojen veriminin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlayarak operatörlerin üretim oranlarını izlemelerine ve performansı optimize etmek için ayarlamalar yapmalarına olanak tanır.

Son olarak,hidrojen bileşim analizi, üretilen hidrojenin saflığını garanti etmede önemli bir rol oynar. Bu analitik süreç, üretilen hidrojenin çeşitli uygulamalar için gerekli olan yüksek kalite standartlarını karşılamasını sağlarken, elektroliz sırasında ortaya çıkabilecek istenmeyen safsızlıkları veya yan ürünleri tanımlar.

Geleneksel hidrojen üretim yöntemi: Hidrojen türevleri, Metalurji endüstrisi, Soda külü endüstrisi

Özellikler :

• Hammaddeler: Kömür, Demir cevheri, Deniz suyu (tuzlu su)
• Enerji: Isı, Elektrik

Çelik ve kostik soda üretimi de dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel sektörlerde yan ürün olarak hidrojen üretimi, bu değerli gazın yakalanması, saflaştırılması ve verimli kullanımı konusunda benzersiz zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Ölçüm cihazlarının hassasiyeti bu proseslerin kontrol ve optimizasyonuna nasıl yardımcı olur?

Metalürjide, özellikle çelik üretiminde, alternatif indirgeme yöntemleri kullanılarak demir oksitlerin indirgenmesi sırasında genellikle hidrojen açığa çıkar. Bu bağlamda hidrojen basınç sensörü, hidrojenin üretildiği reaksiyon ortamlarının izlenmesine ve kontrol edilmesine yardımcı olarak metal indirgeme için güvenli ve optimum çalışma koşulları sağlar. Sıcaklık ölçümü de kritik önem taşır, fırınların ve diğer ekipmanların hidrojen üretimini yönetirken verimli metal indirgeme için gereken sıcaklıklara ulaşmasını ve bu sıcaklıkları korumasını sağlar.

Kostik soda endüstrisinde hidrojen, kloralkali prosesinde tuzlu suyun elektrolizinin bir yan ürünü olarak üretilir. Basınç ölçümü, basınçtaki değişimlerin elektrolizin verimliliğini ve prosesin güvenliğini etkileyebileceği elektrolitik hücrelerin kontrolünde çok önemli bir rol oynar. Sıcaklık sensörleri, hücre sıcaklıklarını düzenlemek, elektrolitik reaksiyonları ve üretilen hidrojen miktarını optimize etmek için kullanılır. Akış ölçümü, tuzlu su ve kimyasal çözeltilerin akışını kontrol ederek istikrarlı bir tedarik ve sürekli üretim sağlar.

Her iki durumda da, gaz analizörleri geri kazanılan hidrojenin saflığını belirlemek için gereklidir. Bu adım, hidrojenin diğer endüstriyel proseslerde doğrudan kullanılıp kullanılamayacağına veya daha fazla saflaştırma gerektirip gerektirmediğine karar vermek için çok önemlidir. Örneğin, karbon monoksit gibi safsızlıkların varlığı, hidrojenin güvenli bir şekilde kullanılabilmesi için basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) gibi saflaştırma teknolojilerinin kullanılmasını gerektirebilir.

Son olarak, hidrojen depolama tanklarındaki seviyenin ölçülmesi, mevcut stokların yönetilmesine ve fazla hidrojenin üretiminin veya satışının planlanmasına yardımcı olur. Bu sadece kaynakların verimli bir şekilde yönetilmesini değil, aynı zamanda hidrojenin şirketin genel endüstriyel faaliyetlerine stratejik olarak entegre edilmesini de sağlar.

Dolayısıyla, bu önlemlerin endüstriyel süreçlere entegre edilmesi sadece mevzuata uygunluk meselesi değil, aynı zamanda verimliliğin artırılması, üretilen hidrojen veriminin azami düzeye çıkarılması ve ilgili endüstrilerin sürdürülebilir kalkınma taahhütlerinin güçlendirilmesi için çok önemli bir unsurdur.

Geleceğin hidrojen üretim teknolojileri: Kömür gazlaştırma

Özellikler :

• Hammaddeler: Kömür, Su
• Enerji : Isı (fosil yakıt)
• Avantaj: yüksek yoğunluklu H2,
• Yan ürünler: Düşük kaliteli kömür atıkları

Kömür gazlaştırma, kömürü sentez gazı olarak bilinen hidrojen bakımından zengin bir gaz karışımına dönüştüren sofistike bir hidrojen üretim yöntemidir.

Bir fırına enjekte edilen karbon, havadaki O2 ile reaksiyona girerek CO2 ve/veya CO oluşturur veya su buharı ile reaksiyona girerek CO ve H2 oluşturur.

Elde edilen CO, su buharı ile reaksiyona girerek CO ve H2'ye dönüşür. CO + H2O CO2 + H2. Yüksek sıcaklıkta, basınçlı bir ortamda gerçekleşen bu süreç, operasyonların verimliliğini ve güvenliğini garanti etmek için gelişmiş ölçüm teknolojilerinin kullanılmasını gerektirir.

Basınç sensörleri, kimyasal reaksiyon için sabit basıncın çok önemli olduğu gazlaştırıcıdaki çalışma koşullarını doğru bir şekilde kontrol etmek için gereklidir.

Sıcaklık ölçümü, gazlaştırma reaksiyonu için gereken yüksek sıcaklıkların izlenmesinde ve düzenlenmesinde kritik bir rol oynar.

Akış ölçer, optimum sentez gazı üretimi için kilit unsurlar olan enjekte edilen oksijen ve su buharı miktarlarının titizlikle kontrol edilmesini sağlar.

Buna ek olarak, gaz analizi sentez gazı bileşimini incelemek ve proses parametrelerini gerçek zamanlı olarak ayarlamak için kullanılır, böylece hidrojen üretimi en üst düzeye çıkarılırken safsızlıklar en aza indirilir. Son olarak seviye ölçümü, girdiler ve bitmiş ürünler için depolama tanklarının yönetilmesine yardımcı olarak sistemin sürekli ve verimli bir şekilde beslenmesini sağlar.

Bu ölçüm cihazları birlikte kömür gazlaştırmanın doğru ve verimli bir şekilde yönetilmesini sağlayarak süreci modern hidrojen endüstrisinin hayati bir bileşeni haline getirmektedir.

Geleceğin hidrojen üretim teknolojileri: termokimyasal dönüşüm, biyokütle termolizi, fotoliz, vb.

Özellikler :

• Hammaddeler: Su, Biyokütle (odun, tarımsal atık, ormancılık artıkları vb.)
• Enerji: Isı, elektrik, güneş enerjisi (yenilenebilir enerji)
• Avantaj: Doğal enerji kullanımı
• Karbon ayak izi: 2 _kgCO2eq/khH2
• Yan ürünler: yağ, sentez gazı, biyokömür

Termokimyasal dönüşüm, biyokütle termolizi ve fotoliz yoluyla hidrojen üretimi, su moleküllerini veya diğer organik bileşikleri hidrojene dönüştürmek için çeşitli enerji kaynaklarından yararlanan yenilikçi yöntemlerdir. Bu tekniklerin her biri, verimi optimize etmek ve proses güvenliğini sağlamak için özel ölçüm cihazları gerektirir.

Biyokütleyi hidrojen ve diğer gazlara parçalamak için yüksek sıcaklıkların kullanıldığı biyokütlenin termokimyasal dönüşümü ve termolizi için sıcaklık ölçümü çok önemlidir. Maksimum verim elde etmek için gerekli olan reaksiyon koşullarının hassas bir şekilde izlenmesini sağlar.

Basınç regülasyonu da kontrollü bir ortam sağlamak, reaksiyonu ve güvenliği optimize etmek için önemlidir.
Gaz analizörleri, üretilen gazların karakterize edilmesinde ve reaksiyon parametrelerinin buna göre ayarlanmasında, üretilen hidrojenin saflığının sağlanmasında ve istenmeyen yan ürünlerin azaltılmasında hayati bir rol oynar.

Suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için ışığı, özellikle de güneş ışığını kullanan fotoliz durumunda, akış ölçümü su tedarikini ve gazların salınımını kontrol etmek için kullanılır ve sistemin sürekli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlar.

Hidrojen paketleme ve taşıma

Paketleme aşaması ve kamyon taşımacılığı, sorunsuz ve güvenli bir hidrojen tedarik zinciri sağlamak için çok önemlidir.

Basınç ölçüm cihazları, hidrojen sıkıştırılırken ve taşıma sırasında depolama tanklarında veya silindirlerde muhafaza edilirken basıncın izlenmesinde hayati bir rol oynar. Bu, konteynerlerin bütünlüğünü tehlikeye atabilecek basınç artışlarıyla ilişkili riskleri önler.

Sıcaklık izleme, hidrojenin depolama ve nakliye sırasında tehlikeli basınç artışlarına neden olabilecek termal değişimlere maruz kalmamasını sağlamak için gereklidir.

Akış ölçümü, hidrojenin depolama tesislerinden şarj veya deşarj edilme oranının doğru bir şekilde ölçülmesi, optimize edilmiş yönetim ve doğru faturalandırma için gereklidir.

Gaz analizi de hayati önem taşır: hidrojenin geçişi boyunca kirlenmeden kalmasını sağlar ve son kullanımlar için saflığını korur.

Son olarak, seviye ölçümü, nakliye sırasında depolama tanklarında bulunan hidrojen hacmini doğru bir şekilde belirlemek için kullanılır, dolaşımdaki miktarlar hakkında net bilgi sağlar ve aşırı yüklenmeleri veya ürün eksikliklerini önlemeye yardımcı olur.

Hidrojen dağıtım istasyonları

Hidrojen dağıtım istasyonları, hidrojen üreticileri ile son kullanıcılar arasındaki bağlantıyı sağlayan sinir merkezleri olarak işlev görür. Bu istasyonlardaki hassasiyet ve güvenlik, dağıtım sürecini düzenleyen özel ölçüm cihazları tarafından garanti edilmektedir.

Basınç kontrolü, hidrojenin araçlara veya konteynerlere güvenli dağıtımı için temeldir ve yakıt ikmali sırasında basıncın güvenli parametreler içinde kalmasını sağlar.

Sıcaklık ölçümü, dağıtım sürecinin güvenliğini ve verimliliğini etkileyen iki faktör olan hidrojenin ve istasyon ortamının sıcaklığını kontrol etmek için özellikle önemlidir. Dikkatli izleme, sıcaklık değişimlerinin neden olduğu basınç değişimlerini önlemeye yardımcı olur.

Akış ölçerler ise, hem stok yönetimi hem de tüketicilere doğru faturalandırma için gerekli olan dağıtılan hidrojen miktarının doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar.

Gaz bileşiminin analizi, hidrojenle çalışan araçların enerji verimliliğini belirleyebilecek bir kalite kriteri olan satış sırasındaki hidrojenin saflığını doğrulamak için kullanılır.

Son olarak, seviye sensörleri, dağıtım için mevcut hidrojen miktarını izlemek için gereklidir ve istasyonun rezervlerinin sürekli olarak talebi karşılamak için verimli bir şekilde yönetilmesini sağlar. Bu önlemler birlikte, yarının enerji altyapısının kilit unsurları olan hidrojen dolum istasyonlarının güvenli ve güvenilir bir şekilde işletilmesi için teknolojik temeli oluşturmaktadır.

Sabit yakıt hücresi (Stationary PAC)

Enerji üretimi için sabit yakıt hücreleri (Sabit PAC) temiz ve verimli bir şekilde elektrik üretmek için hidrojen kullanır ve çalışmalarını optimize etmek ve güvenliklerini garanti etmek için bir dizi temel ölçüm cihazı ile donatılmıştır.

Basınç ölçüm cihazları, hücrelere verilen hidrojenin basıncının izlenmesinde çok önemli bir rol oynar ve elektrokimyasal reaksiyon için gazın optimum seviyelerde verilmesini sağlar. Sıcaklık sensörleri de yakıt hücrelerindeki sıcaklığı kontrol ederek bileşenlere zarar verebilecek ve sistem verimliliğini azaltabilecek aşırı ısınmayı önledikleri için çok önemlidir.

Akış sensörleri, doğru reaktan dengesini korumak ve enerji üretimini en üst düzeye çıkarmak için hayati önem taşıyan hidrojen ve oksijenin hücrelere akışının hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.

Gaz analizörleri hidrojen kalitesini izlemek ve hücre performansını veya ömrünü etkileyebilecek kirleticileri tespit etmek için kullanılır. Son olarak, depolanan hidrojen seviyelerini izlemek ve hizmet kesintisi olmadan sürekli bir tedarik sağlamak için genellikle seviye probları entegre edilir.

Bu nedenle bu ölçüm cihazları, gerçek zamanlı izleme ve çalışma koşullarındaki değişikliklere hızlı yanıt verme olanağı sağlayarak Sabit PAC'lerin güvenli ve verimli çalışması için gereklidir. Bunların kullanımı, bu sistemlerin güvenilir ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı sağlayabilmesini sağlarken, emisyonları azaltmaya ve yenilenebilir enerjiyi teşvik etmeye yönelik çevresel hedefleri de destekler.